Design und Simulation des CNC-Drehprozesses für Teile

Im Herstellungsprozess sind die Gestaltung und Anordnung des Prozesses sehr wichtig. Um die Stärke eines Unternehmens zu beurteilen, kann man sich oft den Grad seines Prozessdesigns ansehen.

Was ist Prozessdesign?

Unter Prozessdesign versteht man die rationelle Organisation des Produktionsprozesses, die Formulierung von Produktionsprozessrouten, die Bestimmung der Auswahl und Gestaltung von Produktionsanlagen, Prozessanlagen, Werkzeugvorrichtungen usw. sowie die Formulierung angemessener Betriebsabläufe und Produktionspläne auf der Grundlage der Eigenschaften und Anforderungen des Produkts . Um qualitativ hochwertige und hocheffiziente Produkte zu erhalten.

Bei der Gestaltung des Produktionsprozesses müssen Sie zunächst das Produkt genau verstehen, einschließlich seiner Struktur, Funktion, Leistungsanforderungen usw. Der beste Prozessweg wird durch Analyse und Erforschung von Technologie und Prozesserfahrung ermittelt, um Produktqualität und Leistung sicherzustellen.

Zweitens ist nach der Festlegung der Prozessroute die Auswahl und Konstruktion von Produktionsausrüstung, Prozessausrüstung und Werkzeugvorrichtungen erforderlich. Entsprechend den Eigenschaften und Prozessanforderungen des Produkts werden geeignete Gerätetypen ausgewählt, konstruiert und angeordnet. Gleichzeitig werden entsprechend der Produktionsmenge und anderen Anforderungen die Menge und Konfiguration der Produktionsausrüstung bestimmt, um den Produktionsanforderungen gerecht zu werden.

Formulieren Sie dann einen angemessenen Betriebsprozess und einen Produktionsplan, wandeln Sie die Route des Produktionsprozesses in einen tatsächlichen Betriebsprozess um und legen Sie die Betriebsmethoden, Verarbeitungsprozessparameter, Prozessausrüstung und die Verwendung von Werkzeugvorrichtungen für jeden Prozess fest. Gleichzeitig wird auf der Grundlage der Produktionsmenge und des Liefertermins des Produkts ein angemessener Produktionsplan entwickelt, um sicherzustellen, dass qualifizierte Produkte pünktlich geliefert werden.

Schließlich wird die Gestaltung des Produktionsprozesses optimiert und verbessert. Fassen Sie basierend auf der tatsächlichen Produktionssituation zusammen, entwerfen Sie sie neu und nehmen Sie Verbesserungen und Optimierungen vor, um bestehende Probleme und Mängel zu beheben. Durch die Einführung neuer Prozesse und Technologien optimieren wir Prozessabläufe und verbessern die Produktionseffizienz und Produktqualität.

Es ist ersichtlich, dass es nur wenige Gründe gibt, warum Prozessdesign in der Fertigungsverarbeitung erforderlich ist: Verbesserung der Produktionseffizienz, Sicherstellung der Produktqualität, Reduzierung der Kosten und Verbesserung der Flexibilität des Produktdesigns.

Aber wenn ein brandneues Produkt noch nie in der Fabrik verarbeitet wurde, wie kann man dann überprüfen, ob der Prozess sinnvoll ist?

Hier kann eine professionelle Software, UG-Software, zur Simulation der Verarbeitung eingesetzt werden, um zu bestätigen, ob das Prozessdesign sinnvoll ist. Im Folgenden veranschaulichen wir anhand eines praktischen Falles den Ablauf und das Funktionsprinzip.

Nehmen Sie eine typische Getriebewelle als Beispiel, um das Design des CNC-Drehprozesses und den Simulationsprozess zu diskutieren, wie in Abbildung 1 dargestellt.

Welle

CNC-Bearbeitungsprozessdesign

1. Übersicht der Wellenteile

Wellen
Abbildung 2 Arten von Wellen

Wellenteile werden im Allgemeinen im Gehäuse eingebaut und befestigt und bilden zusammen mit Zahnrädern, Lagern usw. ein Ganzes. Sie sind eine der wichtigen Komponenten im Reduktionsgerät. Sie haben die Funktion, Kraft und Drehmoment zu übertragen und sind typische rotierende Körperteile. Es gibt viele Arten von Wellen, die in glatte Wellen, Hohlwellen, Halbwellen, Stufenwellen, Keilwellen, Kreuzwellen, Exzenterwellen, Kurbelwellen und Nockenwellen usw. unterteilt werden können, wie in Abbildung 2 dargestellt.

Zu den Oberflächen, die an Wellenteilen bearbeitet werden müssen, gehören hauptsächlich Stirnflächen, Stufenflächen, Innen- und Außenzylinderflächen, Gewinde, Hinterschneidungen usw. Da es sich bei Wellenteilen um rotierende Körper handelt, muss auf die Kontrolle der Grenzabweichung und Toleranzanforderungen geachtet werden Bearbeitung der äußeren Zylinderfläche. ; Bei der Bearbeitung eines schlanken Schaftes muss auf die Kontrolle seiner Formgenauigkeit geachtet werden; Aufgrund der Zusammenarbeit zwischen Welle, Zahnrädern und Lagern muss bei der Bearbeitung der inneren Zylinderfläche auf die Sicherstellung der Oberflächenrauheit und der gegenseitigen Positionsgenauigkeit geachtet werden. Wellenteile verwenden im Allgemeinen die äußere Zylinderfläche oder die innere Zylinderfläche als Positionierungsfläche. Die Schwierigkeit bei der Verarbeitung besteht darin, die Formgenauigkeit sicherzustellen und Verformungen zu verhindern.

Es gibt viele Bearbeitungsmethoden für Wellenteile, und die Bearbeitungsroute muss entsprechend den tatsächlichen Genauigkeitsanforderungen des Teils ausgewählt werden. Die typischsten Prozessrouten sind Rohlingsvorbereitung, Wärmebehandlung, Zentrierlochbohrung, flache Stirnfläche, Grobbearbeitung der Außenfläche, Abschrecken und Anlassen, Vorschlichten, Fräsen von Keilnuten, Wärmebehandlung, Grobschleifen, Feinschleifen.

2. Analyse der Bearbeitungszeichnungen

Wie in Abbildung 1 dargestellt, weist die Getriebewelle am rechten Ende eine Stufe und am linken Ende ein Innenloch auf. Es umfasst Merkmale wie die äußere Zylinderfläche und die Bogenfläche sowie Innengewinde, Innenlöcher usw. und erfordert viele Bearbeitungsschritte. Das linke Ende dieses Teils hat eine kreisförmige Außenfläche mit einem Durchmesser von 34 mm (obere Abweichung -0.009 mm, untere Abweichung -0.034 mm) und stellt Anforderungen an die Koaxialität. Die Schwierigkeit bei der Verarbeitung des linken Endes liegt in der internen Thread-Verarbeitung. Das rechte Ende ist die äußere kreisförmige Oberfläche der Stufenoberfläche φ20 mm (obere Abweichung +0.015 mm, untere Abweichung +0.002 mm) und der Oberflächenrauheitswert beträgt Ra1.6, und die äußere kreisförmige Oberfläche von φ40 mm (obere Abweichung -0.009 mm, untere Abweichung -0 mm), die äußere Kreisfläche von φ034 mm (obere Abweichung -52 mm, untere Abweichung -0.009 mm). Aus der obigen Analyse ist ersichtlich, dass die Maßgenauigkeit dieses Teils hoch ist, die Oberflächenrauheit am rechten Enddurchmesser von 0.034 mm hoch ist und der Rest des Rauheitswerts Ra20 beträgt, sodass CNC-Drehen verwendet wird wird bearbeitet.

3. Auswahl des Rohteils und des Positionierungsbezugspunkts

Das am häufigsten verwendete Material für Wellenteile ist 45er Stahl. Seine Festigkeit, Härte, Zähigkeit und Verschleißfestigkeit können durch Wärmebehandlung wie Anlassen und Oberflächenabschrecken erhöht werden. Es wird für wichtige Wellenteile mittlerer Komplexität eingesetzt. Zu den Rohlingen der Wellenteile zählen Profile, Schmiedeteile und Stahlgussteile.

Entsprechend den Größenanforderungen, der Struktur und den Formmerkmalen der Zeichnung der Getriebewellenteile beträgt die optionale Rohlingsgröße in Kombination mit der vorhandenen Ausrüstung 65 × φ55 mm und das Material besteht aus 45 Stahlstangen. Das rechte Ende des Teils wird zuerst bearbeitet und der äußere Kreis der Stange mit einem Durchmesser von 55 mm wird als grobe Bezugspunktpositionierung verwendet. Dann wird das linke Ende durch Kehrtwende und Klemmen bearbeitet und die äußere Kreisfläche von 52 mm Durchmesser des rechten Endes wird als Feinbezugspositionierung verwendet.

4. Auswahl der Vorrichtungen und Werkzeuge

Wie in Abbildung 3 dargestellt, gibt es drei Möglichkeiten, Wellenteile auf CNC-Drehmaschinen zu spannen: direktes Spannen auf einem Dreibackenfutter, Einspann- und One-Top-Spannung sowie Double-Top-Tip-Spannung.

Üblicherweise werden kürzere Teile direkt mit einem Dreibackenfutter gespannt; Teile, die länger sind oder zur Fertigstellung mehrere Spannvorgänge erfordern, oder Teile, die nach dem Drehen geschliffen werden müssen, werden mit Doppelspitzen gespannt; Die One-Clamp- und One-Top-Clamp-Methode ist sicher und zuverlässig und hält großen axialen Schnittkräften stand. Es wird häufig zum Vorschlichten und Schlichten schlanker Wellen mit einem Seitenverhältnis von mehr als 15 verwendet. Je nach Form und strukturellen Eigenschaften des Teils wird die Getriebewelle mit einem Dreibackenfutter eingespannt. Um die Effizienz der Schneidbearbeitung in Kombination mit den Anlagenbedingungen zu verbessern, wählen Sie Drehwerkzeuge vom Maschinentyp: 1 350-Außendrehmeißel, 1 4-mm-Außennutenwerkzeug, 1 600-Außengewindewerkzeug und 1 φ20-mm-Bohrer.

5. Analyse der Drehbearbeitungstechnologie

Die Getriebewellenteile bestehen hauptsächlich aus einer äußeren Kreisfläche, einer inneren Kreisfläche, einem Loch, einer Innenringnut und einem Innengewinde. Am linken Ende des Teils befindet sich ein Innenloch und der Radius des dünnsten Teils beträgt 7 mm. Die Maßgenauigkeit des Innenlochs ist nicht hoch. Die Hauptschwierigkeit besteht darin, das Innengewinde zu drehen und die Maßhaltigkeit der φ34-Außenfläche sicherzustellen. Die äußere zylindrische Oberfläche am rechten Ende des Teils hat die Form einer Stufe, und die Gesamtmaßgenauigkeit muss hoch sein. Die Schwierigkeit besteht darin, die Anforderungen an die Oberflächenrauheit der äußeren kreisförmigen Oberfläche von φ20 mm sicherzustellen. Wie in Tabelle 1 gezeigt, handelt es sich um die Technologietabelle für die Bearbeitung von Getriebewellen.

Klemmwelle
Tabelle 1 Prozesstabelle zum Drehen der Getriebewelle
Tabelle 1 Prozesstabelle zum Drehen der Getriebewelle

Simulationsverarbeitungsprozess

3D-Teile
Abbildung 4 3D-Modell der Antriebswelle

Wie in Abbildung 4 dargestellt, handelt es sich um ein dreidimensionales Modell der Getriebewelle. Um die Korrektheit der ausgewählten Werkzeuge und der formulierten Bearbeitungstechnologie zu überprüfen, eine kontinuierliche Optimierung des Bearbeitungsprozesses zu ermöglichen und Unfälle durch die direkte Bearbeitung auf CNC-Werkzeugmaschinen zu vermeiden, wird in der Regel Simulationssoftware eingesetzt, um den Bearbeitungsprozess von Teilen in der Praxis zu simulieren. Diese Studie verwendet die Simulationssoftware UG NX8.5, um die äußere Zylinderfläche am linken Ende, die äußere Zylinderfläche am rechten Ende, die Innenringnut und das Innengewinde der Getriebewelle am Computer zu simulieren und zu verarbeiten und ein Programm zu generieren. Je nach Besonderheit der Teile wird die Simulation in der folgenden Reihenfolge durchgeführt.

1. Simulationsverarbeitung der äußeren Zylinderfläche am rechten Ende

Wie aus dem Teilediagramm in Abbildung 1 ersichtlich ist, besteht das rechte Ende der Getriebewelle aus Stufen, Fasen, Flächen am rechten Ende und äußeren zylindrischen Flächen. Seine Bearbeitungsmerkmale sind Außenkonturbearbeitung und ebene Endflächen. Der Simulationsprozess läuft wie folgt ab: Wählen Sie zunächst den zylindrischen 35°-Drehmeißel aus und stellen Sie ihn als T01-Drehmeißel ein. Führen Sie zunächst die flache Endfläche durch und testen Sie die zylindrische und Endfläche des Werkstücks auf Werkzeugeinstellung. Zweitens legen Sie das Werkstückkoordinatensystem fest, indem Sie den Mittelpunkt der rechten Endfläche des Teils als Nullpunkt nehmen und diesen als Referenz verwenden, um die rechte Seite des Nullpunkts als positive Richtung, also positiv, festzulegen Richtung der Z-Achse; Legen Sie die Oberseite des Nullpunkts als positive Richtung fest, dh als positive Richtung der X-Achse. Drittens führen Sie eine Simulationsverarbeitung durch. Nachdem die Einstellungen abgeschlossen sind, wird die Simulationsverarbeitung durchgeführt. Abbildung 5(a) zeigt die Verarbeitungsergebnisse der Teilesimulation und das Programm zur Bearbeitung des Zylinders am rechten Ende wird generiert, wie in Tabelle 2 gezeigt und mit O1 bezeichnet.

2. Simulationsbearbeitung des Innenlochs und der äußeren Zylinderfläche am linken Ende

Simulationsbearbeitungsprozess der Getriebewelle
Abbildung 5 Simulationsverarbeitungsprozess der Getriebewelle

Wie aus dem Teilediagramm in Abbildung 1 ersichtlich ist, wird das linke Ende der Getriebewelle hauptsächlich für die äußere zylindrische Oberfläche, die Bogenoberfläche, die Abschrägung und die Endoberfläche bearbeitet. Nachdem die äußere Kreisbearbeitung des rechten Endes des Teils abgeschlossen ist, drehen Sie das Werkstück um und spannen es ein, lassen Sie dabei genügend Länge übrig, und führen Sie dann eine Simulationsbearbeitung des linken Endes durch. Der Simulationsprozess läuft wie folgt ab: Zunächst wird der Außenkreis und die Stirnfläche des Werkstücks zur Werkzeugeinstellung probegeschnitten. Hier werden Nr. T02 (Einstechwerkzeug) und Nr. T03 (Innengewindewerkzeug) gleichzeitig für den Werkzeugsatz verwendet, und dann Nr. Mit dem Außendrehwerkzeug T01 wird die Endfläche abgeflacht, um sicherzustellen, dass die Gesamtlänge der Teile den Zeichnungsanforderungen entspricht.

Als nächstes legen Sie das Werkstückkoordinatensystem fest, indem Sie den Mittelpunkt der linken Endfläche des Teils als Nullpunkt nehmen und diesen als Referenz verwenden, um die rechte Seite des Nullpunkts als positive Richtung, also positiv, festzulegen Richtung der Z-Achse; Legen Sie die Oberseite des Nullpunkts als positive Richtung fest, dh als positive Richtung der X-Achse. Drittens führen Sie eine Simulationsverarbeitung durch. Nachdem die Einstellungen abgeschlossen sind, wird die Simulationsverarbeitung durchgeführt. Abbildung 5 (b) zeigt die Verarbeitungsergebnisse der Teilesimulation. Das Verarbeitungsprogramm für den linken Außenkreis wird generiert und mit dem Namen O2 benannt. Viertens verwenden Sie einen φ20-Bohrer, um die Bearbeitung des φ20×25-Innenlochs abzuschließen.

3. Simulationsbearbeitung der Innenringnut

Aus dem Teilediagramm in Abbildung 1 ist ersichtlich, dass sich im Innenloch des linken Endes der Getriebewelle eine Innenringnut mit einem Durchmesser von 28 mm und einer Breite von 4 mm befindet. Der Simulationsprozess läuft wie folgt ab: Wählen Sie zunächst entsprechend der Größe der Innennut und der Teilestruktur ein Innennutwerkzeug mit einer Breite von 4 mm aus, um die Simulationsverarbeitung der Innenringnut des φ28×4-Lochs abzuschließen. Zweitens wählen Sie die entsprechende Geschwindigkeit und den entsprechenden Vorschub und verwenden Sie Nr. T02, um die Simulationsverarbeitung durchzuführen. Abbildung 5(c) zeigt die Verarbeitungsergebnisse der Teilesimulation. Das Programm zur Bearbeitung der Innenringnut wird generiert und trägt den Namen O3.

4. Simulationsbearbeitung des Innengewindes am linken Ende

Wie aus dem Teilediagramm in Abbildung 1 ersichtlich ist, beträgt das Innengewinde am linken Ende der Getriebewelle M24×1.5. Unter Berücksichtigung der Hystereseeigenschaften des Servosystems der Werkzeugmaschine sollten die Einlauflänge und die Überlauflänge bei der Einstellung der Gewindebearbeitungslänge berücksichtigt werden, sodass die Gewindebearbeitungslänge gleich der Einlauflänge ist. Der Simulationsprozess ist wie folgt: Verwenden Sie den Außengewindeschneider T03 Nr. 600, um die Simulationsverarbeitung durchzuführen. Die Ergebnisse der Teilesimulation sind in Abbildung 5(c) dargestellt. Das interne Thread-Verarbeitungsprogramm wird generiert und mit dem Namen O4 benannt.

Durch die Simulationsverarbeitung haben wir während des Simulationsverarbeitungsprozesses verschiedene Schnittparameter zum Testen angepasst und festgestellt, dass der obige Prozess korrekt zusammengestellt wurde, der Werkzeugwinkel und die Auswahl der Schnittmengenparameter den Anforderungen entsprachen und die Genauigkeit der Getriebewelle nach der simulierten Verarbeitung möglich war Erfüllen Sie die Zeichnungsparameteranforderungen. Daher werden die von jeder Stufe der simulierten Verarbeitung generierten Programme nach einer bestimmten Optimierung wie folgt zusammengefasst, wie in Tabelle 2 gezeigt.

Programm zur Verarbeitung der Getriebewellensimulation 1
Programm zur Verarbeitung der Getriebewellensimulation 1

Schlussfolgerung

CNC-Drehbearbeitung umfasst das Drehen von Außenkreisen, Endflächen, Innenlöchern, Einstechen, Gewindedrehen usw. Es werden hauptsächlich rotierende Teile bearbeitet. Beim CNC-Drehen der Getriebewelle ist es notwendig, die Teilezeichnungen sorgfältig zu analysieren, die Abstimmung der Teile und die Bearbeitungssituation umfassend zu berücksichtigen und das Auftreten von Ausschuss zu verhindern. Um die Bearbeitung zu simulieren und die Effizienz des CNC-Drehens zu verbessern, ist der Einsatz von Simulationssoftware erforderlich.

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